Készítette: Dr. Füvesi Viktor

Átírás

1 Készítette: Dr. Füvesi Viktor

2 Foundation Fieldbus??? Mi az a Foundation Fieldbus??? A Foundation Fieldbus (FF) egy folyamatirányítási céllal létrehozott specális számítógép hálózat, amely teljesen digitális, soros, kétirányú kapcsolatot teremt a terepi eszközök között. Lehetővé teszi a szabályzási feladatok elosztását a hálózaton. Szabványos hardver (jelelek, jelszint, stb.) Vezérelt adatátvitel (protokoll).

3 Foundation Fieldbus Technológia A Foundation Fieldbus rendszer összetevői: Hardware elemek tápegységek vezérlők kábelek lezárások jelismétlők (repeater) hidak (bridge) Software megoldások protokoll ábrázolás

4 Foundation Fieldbus rétegek 3 réteg Felhasználói szint Alkalmazói réteg Fieldbus Message Specification - FMS Fieldbus Access Sublayer - FAS Adatkapcsolati réteg NINCS HASZNÁLVA 3 -LLC Lehívás Polling (pollozás) Menedzselési funkciók Fizikai réteg H1 H2

5 Foundation Fieldbus rétegek-2 A Fieldbus az 1, 2 és 3 réteget használja (ez a communication stack ), a felhasználói szinten a funkcióblokkok találhatók. Alkalmazási folyamatok (Application Process): Funkciók Kommunikáció A Fieldbus három AP-vel rendelkezik: Funkció blokkok alkalmazása Hálózati menedzselés Rendszer menedzselés

6 Foundation Fieldbus rétegek Fieldbus fizikai réteg Fizikai közeg: Vezeték Üvegszál Rádiós kommunikáció (vezeték nélküli) Átviteli sebesség: 31,25 kbps 1 Mbps 2,5 Mbps

7 Fizikai réteg Kódolás-1 Átvitel típusa: szinkron, soros, halfduplex Jel: kétfázisú Manchester kód nincs start és nincs stop bit (szinkron átvitel) felfutó él=0, lefutó él=1 Órajel Adat Manchester kód

8 Fizikai réteg Kódolás -2 Adatátvitel preamble mint a telefonálásnál a csengőjel (órák összehangolása) start delimiter ez nem Manchester, ez egy adat data (a második rétegből) end delimiter Nem kódolt bitek: Non-data positive N+ Non-data negative N-

9 Vezetékelés Topológia és jelszint Az eszközben biztosítani kell a leválasztást a kommunikációs hardvertől (Media Attachment Unit - MAU), továbbá a földpotenciáltól a villamos problémák elkerülése miatt (multidropp üzem) Vezetékelési jellemzők Csavart érpár (Twisted pairs) IEC/ISA standard 1992 Topológia (lezárások és csatolók): Busz Fa Pont-pont kapcsolat Jelszint: Áram: 10 ma Tápfeszültség: 9-32 V

10 Vezetékelés H1-Jelszint H1 Szabályozási célra (szint, nyomás, hőmérséklet, stb.) KÉT VEZETÉK - tápfeszültség és kommunikáció ugyanazon a vezetéken (BUS POWERED) Gyújtószikramentes gát (IS-intrinsically safe barrier) beépíthető Távadó jele: 10 ma; 31,25 kbps 50 mellett, feszültség: 1 Vp-p Áram V ma p-p PS 0,75-1 Vp-p Vétel Adás Fieldbus Network Lezáró RC, C= 1 μf- 31,25 kbps t

11 Vezetékelés H1-Jelszint 2. Busz feszültség Távadó árama: nem kommunikál ~16 ma kommunikál (logikai 0) ~27 ma kommunikál (logikai 1) ~3.6 ma Figyelem! Nem tévesztendő össze ez a logikai 0 és 1 a Manchester-kódolás fel- illetve lefutó jelével!

12 Vezetékelés HSE-Jelszint HSE Csak busz topológia - a reflexiók miatt nem lehet leágazás Szabályozási rendszerekhez, advanced control, stb., NÉGY VEZETÉK - elválasztott táp és kommunikáció, Távadó jele: 60 ma; 1,5 vagy 2,5 Mbps 75 -nál, feszültség: 9 Vp-p Áram ma p-p V 5,5-9 Vp-p Vétel Adás Fieldbus Network Lezáró RC t

13 Vezetékelés Távolságok és elemek száma Vezetékelés Maximális távolság: kbps: 1900 m 1 Mbps (feszültség) 750 m 1 Mbps (áram) 750 m 2,5 Mbps: 500 m A teljes távolság a gerinc (trunk) és a leágazások (spur) együttes hossza Elemszám: Leágazás: m m m m Miért fontos? m A leágazások távolsága növelhető aktív csatoló használatával A gerinc távolsága növelhető jelismétlő (repeater) használatával Szegmensen belüli topológia: normál, csirkeláb, kevert

14 H1 és HSE rendszer Csatlakoztatás Megjegyzés: Jelenleg: H1, Csatlakoztatás más rendszerekhez, Egyéb protokoll ASIC cseréjével FF meghajtó HSE FF Híd H1 FF

15 HSE High Speed Ethernet Redundancia Teljesen redundáns rendszer kiépítése lehetséges! Host redundacia Média reduncia Hálózat redundancia Eszköz redundancia egy portos eszközök egyszeres hálózaton két portos eszközök egyszeres hálózaton két portos eszközök dupla hálózaton a két hálózatnak nem kell egyformának lennie!

16 Fieldbus H1 szegmens elrendezések-1 Busz topológia Csatoló (coupler) TE lezáró Véglezáró Tápegység GYSZV Gerinc (trunk) Csavart érpár STP Leágazás (spur)

17 Fieldbus H1 szegmens elrendezések-2 Busz topológia Tápegység Táplálás a busz közepén, lezárás a két végén Véglezáró GYSZV Véglezáró

18 Fieldbus H1 szegmens elrendezések-3 Fa topológia Tápegység GYSZV Táplezáró Gerinc Kábellezáró Csatoló

19 FF rendszerek építőelemei A DC tápegységtől a terminatorig DC tápegységek 230V AC/24V DC Fieldbus tápegységek (jelkondícionáló) MTL5995 Relcom FPS-I P+F FPC TURCK RPC Gyújtószikramentes leválasztók MTL5053 (1900m) MTL791 Zener-gát (120m) FISCO tápegységek (jelkondícionáló) MTL9121-IS MTL9122-IS Jelismétlők Smar RP-302 repeater, jelkondícionáló Multibarrier P+F Fieldbarrier F2D0-FB-Ex4.C TURCK Multibarrier MDB49- T415/Ex RB-s dobozok Trobox Rövidzárvédelem Relcom Megablock TURCK JRBS-40SC Lezáró impedanciák 100 ohm+1 uf terminator

20 Fieldbus tápegységek Fieldbus tápegység = feszültség forrás + kondícionáló Kondícionáló nélküli tápegység (egyszerű) nem használható, mert a kommunikációt nem teszi lehetővé (szuperpozíció)! Fieldbus felé

21 Fieldbus terminátor Lezáró tag alkalmazása A Foundation Fieldbus-on általában a vezeték legtávolabbi végein kell elhelyezni két (és csak két) darab terminátort. A terminátor csökkenti a torzításokat valamint a jelveszteséget. Ilyen modulokat készen is lehet vásárolni kiöntött, illetve sínre szerelhető kivitelben is.

22 Elosztódobozok Junction Box A technológián meglévő elosztódobozok, sorkapcsok sínek felhasználhatóak! átkötés Fieldbus vezetékek átkötés

23 Elosztódobozok-2 Speciális eszközök Elosztó doboz Gerinc Lezáró v. gerinc folytatás Üresen hagyott (lezáratlan) ágak Leágazások (spur-ok) az eszközök felé Földelő csavar A Foundation Fieldbus igényeit figyelembe véve tervezett és kivitelezett passzív elosztódoboz. egyszerű csatlakozás műgyantával kiöntött, nedvesség és rázkódás álló!

24 Elosztódobozok-3 Speciális eszközök Trunk Trunk Spur A Foundation Fieldbus igényeit figyelembe véve tervezett és kivitelezett passzív elosztódoboz. egyszerű csatlakozás

25 Csatlakozók és kábelek (H1) Kétféle csatlakozó: Kétféle minifast kiosztás: Eurofast Minifast (amerikai) 1. Kék (V-) (európai) 2. Barna (V+) 3. Csupasz (árnyékolás) 4. Zöld/sárga (föld) Kétféle kábel a Turck cégtől: Beltéri type 491 ( C) Kültéri type 490 ( C)

26 Csatlakozók és kábelek (H1)-2 Típus Megnevezés Méret Fajlagos ellenállás Csillapítás Max. hossz A Árnyékolt, csavart érpár (STP- Shielded Twisted Pair) 18 AWG 0.8 mm2 22 Ohm/km 3 db/km 6232 ft 1900 m B Több érpáros, csavart, árnyékolt (MTPS Multi Twisted Pair with Shield) 22 AWG 0.32 mm2 56 Ohm/km 5 db/km 3936 ft 1200 m C Több érpáros, csavart, (MTP Multi Twisted Pair) 26 AWG 0.13 mm2 132 Ohm/km 8 db/km 1312 ft 400 m D Sodrott, csavarás nélküli, árnyékolt 16 AWG 1.25 mm2 20 Ohm/km 8 db/km 656 ft 200 m

27 Jelismétlők és egyéb eszközök Teszterek Hogyan kereshetünk hibát? Fieldbus Technician a szegmens bármelyik pontjára csatlakoztatható diagnosztika, konfigurálás, kalibrálás egy eszközben PCMCIA kártya Relcom teszter feszültség és zaj mérés kommunikációs hiba jelzése DeltaV Diagnostic melyik elem hibás statisztika

28 Busz vezetékelés Földelés, árnyékolás A Fieldbus kábel árnyékolását csak a kábel egyik végén szabad bekötni! A spur vezetékek árnyékolását rá kell kötni a trunk vezeték árnyékolására, a trunk vezeték árnyékolását pedig egy helyen, általában a műszerszobában kell a földre kötni. Az árnyékolást az eszközöknél nem kell bekötni. A Fieldbus kábel erei nem érintkezhetnek a földdel, mert akkor a kommunikáció lehetetlenné válik!

29 Busz vezetékelés Polaritás A Filedbus jelek polarizáltak, illetve a tápfeszültségre szuperponáltak. A tápfeszültség szintén polarizált. Így a Fieldbus eszközöket polaritáshelyesen kell a buszra csatlakoztatni! A helytelen polaritással csatlakoztatott eszköz kommunikációra képtelen lesz! Léteznek olyan eszközök, amelyek automatikusan detektáljak a polaritást, így érzéketlenek a bekötésre, ezeknél az eszközöknél nincs jelölve a polaritás. T + + ( ) (+) ( ) (+) nem polaritásérzékeny polaritásérzékeny

30 Adatkapcsolati réteg(data Link Layer-DLL) IEC 61158/ISA S50 DLL két alréteget tartalmaz: Fieldbus Media Access Control (FMAC) - alsó rész Fieldbus Data Link Control (FDLC) - felső rész Logikai Adatkapcsolati LLC Polling FMAC Fizikai H1 jel csavart érpár a közeg hozzáférés a token passing és a pollozás ötvözete Client/Server egy elem lehet Client állomás vagy Server állomás Client kér, Server válaszol Client szerepet a token megkapásával veszi fel az elem minden elem saját címmel rendelkezik a tokenben (DA -Destination Address and a SA- Source Address) FDLC Kétféle üzenettípus: ütemezett (Scheduled) nem ütemezett (Unscheduled) HSE jel STP adatátvitel az elemek között (a szabályozási stratégia része), például folyamat változó (legmagasabb prioritás) adatátvitel az elemek és az operátor interfész között, pl. konfiguráció és diagnosztika

31 Alkalmazói réteg Fieldbus Message Specification - FMS FMS Fieldbus Message Specification (FMS) szolgáltatáson keresztül a felhasználó üzenetet küldhet a buszon lévő bármelyik elemnek, szabványos formátumban. FMS leírja: kommunikációs szolgáltatásokat, üzenet formátumokat, A Felhasználói alkalmazások üzeneteit. FMS kommunikációs szolgáltatások Context Management Services Pl. Status -az elem állapot beolvasása Identify - a gyártó, a típus, a változat leírása Object Dictionary Services Object Description (OD) hozzáfárés és megváltoztatás Variable Access Services Read és Write művelet Information report Define és Delete Variable List Event Services Upload - Download Services Program Invocation Services Riport és esemény menedzsment Domain upload /download Pl. Start, Reset, Stop

32 Alkalmazói réteg Fieldbus Access Sublayer - FAS FAS A FAS ütemezett és nem ütemezett szolgáltatásai, amelyek a DDL-en közlekednek: Fieldbus Message Specification (FMS). A FAS szolgáltatásait a Virtual communication Relationships (VCR) írja le. Mi az a VCR? Mint a gyorstárcsázás - A telefonálás módjai: normál, konferencia, stb. VCR típusok Client/server Setpoint változtatás Mode változtatás Tuning változtatás Upload/download Alarm kezelés Display kezelés Távdiagnosztika Report distribution Alarm jelek küldése az operátori megjelenítőre. Trend naplók küldése az archiváláshoz. Publisher/subscriber PV jel küldése a PID blokkhoz és az operátor konzolra

33 Felhasználói réteg Blokkok A Fieldbus Foundation definiálta a felhasználói rétegen (User Application) a blokkokat Blokkok Az eszköz jellemzőinek leírása: elemnév, gyártó, sorozatszám Csak egy Resource Block Resource Block Transducer Block Function Block Több Transducer Block lehetséges egy eszközben!

34 Funkció blokkok Szabványos Az FF-891 Funkció blokkok (alap) Analog Input Analog Output Bias Control Selector Discrete Input Discrete Output Manual Loader P/D PID Ratio AI AO B CS DI DO ML PD PID RA FF-892 (advanced) további 19 szabványos blokkot definiál FF-893, FF-894 további blokkok Funkció blokkok AI-PID-AO, ahol AItávadóban, PID és AO- szelepben Field-value (%) Alarm Szűrő PV skálázás Linearizálás Kimeneti jel skálázása

35 Funkció blokkok Megjelenítése

36 Kapcsolat az érzékelővel Funkció blokkok Analóg input! Fieldbus felé

37 Funkció blokkok Analóg output Fieldbus felé Kapcsolat a beavatkozóval!

38 Funkció blokkok PID blokk Nincs egyenes kapcsolata sem szenzorral, sem beavatkozóval! Az összes csatlakozója csak a Fieldbus felöl érhető el!

39 Csatornák Példa: 848T nyolc csatornás hőmérséklet távadó Az AI blokkban be kell állítani a Channel változót, úgy hogy az megfelelő érzékelőre, illetve képzett jelre mutasson!

40 Távadó (Transducer) blokkok Objektumok A funkció blokkok és az eszköz I/O egységei csatlakoznak egymáshoz e.g.: analóg bemenet - távadó blokk (nyomástávadó) Gyári és felhasználói beállítások Mérnöki egység Trimmerelés Nyomás Érzékelő Hőmérséklet Objektumok Link Trend Alert View kapcsolat a FB bemenetek és kimenetek között (távoli elemek között is!) a host és egyéb eszközök trendjeire a busz események és vészjelek naplózására négy blokkot definiál: Operation Dynamic; Operation Static; All dynamic; Other Static

41 A fizikai blokk-resource Block Fizikai blokk Csak egyetlen lehet egy eszközben. Ez felelős a működés felügyeletéért (pl. öndiagnosztika). Ez tartalmazza az eleminformációkat, úgymint gyártási szám, anyag, stb. A fizikai blokk nem láncolható a funkció blokkokkal. A fizikai blokk tartalmazhat olyan globális paramétereket, amelyeket a bármelyik blokkban lehet az elemen belül felhasználni. о Például linearizáláshoz beállítási paraméterek о Különleges adatok megadása a gyártó részéről. о A gyártó ezen a blokkon keresztül ad meg paramétereket

42 Konfiguráció Vezérlési stratégiák PID algoritmus a hoszton Minden funkció blokk a hoszt rendszeren fut AI Hoszt számítógép PID AO Terepi eszközök Function block in the host and in the transmitters PID AO Kevert stratégiák AI PID Hoszt számítógép Hoszt számítógép Terepi eszközök AI PID Terepi eszközök PID AO Távadó Szelep Szabályozás a terepen Hoszt számítógép Minden funkcióblokk a távadókban fut AI Távadó PID Szelep AO Terepi eszközök

43 Konfiguráció Példa alkalmazás reaktor Bemeneti gőz Bemeneti hűtővíz Hőmérő AO 1 AI PID SPLIT AO 2

44 Elem leírás Device Description A Device Description technológiai használata Virtual Field Device mint egy printer driver DD leíró nyelve: Device Description Language (DDL) CD ROM-on áll rendelkezésre Az interoperábilitás egyik alapja Device Description

45 Elem leírás FDT - Field Device Tool DTM Device Type Manager FDT = Univerzális konfigurációs megoldás terepi buszokhoz Kompatibilis: Profibus Foundation Fieldbus HART Önmagában az FDT még nem ismeri az eszközöket, az csak egy keretprogram. Szüksége van még egy DTM-re, amelyet az eszköz gyártójának kell szolgáltatnia. A DTM egy adat halmaz, nem program. Az FDT és DTM páros segítségével központosítani lehet az eszközök konfigurálását, adatainak tárolását, dokumentálását.

46 Rendszer konfigurálás A konfiguráció két fázisban megy végbe: Rendszer tervezés Mint hagyományosan, minden elemnek van egy tervjele a buszon és ennek lesz egy címe is. Elem konfigurálás Távadó Szelep AI OUT IN PID OUT IN AO OUT

47 Funkció blokkok Ütemezés Ütemezett kommunikáció ideje AI blokk végrehajtási ideje AI elküldi a kimenetét a buszon a PID-nek a buszon Nem ütemezett kommunikációra fenntartott idő Bus idő Funktion Blokkok AI PID AO Makrociklus AI vagy szelep ALARM jelzést küld a HMI-ra

48 LAS A LAS és az elemtípusok LAS - Ütemező egység (Link Active Scheduler): determinisztikus, központosított busz elosztó busz elosztás - főnök (vagy titkárnő?) LAS kommunikáció Ütemezett Nem ütemezett Elemtípusok (háromfajta van definiálva a DLL-ben) Alapelem - nem rendelkezik LAS képességgel Link Master - LAS feladatot képes ellátni Híd - a független szegmensek közötti kapcsolat biztosítására

49 LAS kommunikáció Ütemezett kommunikáció LAS a b c CD - kényszerített adat (Compel Data) Üzenet Fieldbus Data a Data a Data a Kiadó - Publisher Előfizető -Subscriber Előfizető -Subscriber LAS Az összes elem ciklikus lekérdezésére szolgáló adatátviteli időt tartalmazó listával rendelkezik. Amikor az adott elemre kerül a sor (időben), a LAS kiad egy Compel Data (CD) üzenetet az elemnek. Publisher - amelyik az összes buszon lévő elem számára ad broadcast üzenetet Subscriber - a buszon lévő bármelyik elem, amelyik veszi az üzenetet Ütemezett adatátvitel - szabályozás, ciklikus átvitel a szabályozási hurokhoz

50 LAS kommunikáció Nem ütemezett kommunikáció LAS Live List x y z PT(x) - Pass Token Fieldbus Üzenet Data Data Elem x Minden elem számára biztosított az üzenetküldés lehetősége, az ütemezett kommunikációk között. Az élő lista folyamatos karbantartásához is szükség van a Pass Token (PT) üzenetre. Üzenet küldhető egy célhelyre (állomásra) vagy több állomásra (multicast)

51 LAS működés-1 CD Schedule - A LAS által kiadott legmagasabb prioritású művelet LAS küld egy CD üzenetet a meghatározott adat pufferbe (a Fieldbus elemben) Az elem azonnal kiadja a puffer tartalmát egy Broadcast üzenetben a buszon lévő összes elemnek Live List Maintenance Az összes elem listája, Live List (LL) Probe Node LAS periodikusan küldi a Probe Node (PN) üzenetet (címmel) az LL-ben nem szereplő eszközöknek, Az elemek veszik a jelet és küldenek egy választ - ha van válasz, akkor a LAS beteszi az élő listába Amikor az elem bekerül vagy kikerül az LL-be (-ből), a LAS egy broadcast üzenetet küld, így minden elem értesül a lista változásáról Pass Token ha egy, az LL-ben szereplő eszköz a PT üzenetre háromszor egymás után nem válaszol, vagy azt azonnal visszaadja akkor a LAS kiveszi az állomást az LL-ből

52 LAS működés-2 Data Link Time Synchronisation A LAS által periodikusan küldött broadcast -időszinkronizációs üzenet a Time Distribution (TD) Token Passing Amikor a LAS-nak nincs más dolga akkor küld egy Pass Token (PT) üzenetet a soron következő elemnek (így az elem küldhet nem ütemezett üzeneteket) A tokennek van érvényességi ideje, egy állomás maximum eddig birtokolhatja a tokent. LAS Redundancy Ha a LAS megadja magát, egy másik Link Master LAS veszi át ezt a feladatot.

53 Címzés Eszköz cím, speciális cím A Foundation Fieldbus rendszeren minden eszköznek egyedi címmel kell rendelkeznie. Az eszközökön nincs kapcsoló, jumper, sem más különleges módon elérhető cím állítási lehetőség! Eszköz cím csak a Foundation Fieldbus-on keresztül állítható! A cím egy 0 és 255 között lévő szám. Mi történik a még nem konfigurált eszközökkel? Létezik egy speciális címtartomány, amit a konfigurálatlan eszközök használnak ( átmeneti címtartomány, négy ilyen cím van ). Ha két eszköz azonos címet akar használni, akkor a gyorsabb nyer, az használhatja. A vesztes(ek) pedig a következő átmeneti címet használja(k). Ha elfogyott az átmeneti cím, akkor az eszköz addig nem lesz látható, amíg egy átmeneti cím fel nem szabadul! A működési címtartomány: A 0 15 közötti címek csoportos címzésre használtak, a Data Link Layer használja.

54 Alarmok Hibajelzés kezelése folyamatirányító rendszerekben Alarmtípusok DeltaV folyamatírányító rendszerben: 1. Process alarms Standard Alarms (PV) Előre definiált PV alarmok (LL,L,H,HH,Dev), Csak a beépített Alm_state számítóblokkokban érhető el. Custom alarms: Bármely tetszés szerinti control modulban. 2. Device alarms Fieldbus eszközökben (Hw failures, loop problémák, nem konfigurált paraméterek). A kondíciók eszközfüggőek. Standard FF alerts: egyszerű riportok ( Abnormal ) Plantweb alerts: 3 fajta - Failed, Maintenance, Advisory

55 Ex alapok Robbanásvédelem Számos iparágban használnak és dolgoznak fel tűz és robbanásveszélyes anyagokat bányászat, olaj- és petrolkémiai ipar, vegyipar, gyógyszeripar, éghető porok előállítása. Előtérben: - az ott dolgozók, - az üzemek anyagi értékének megóvása, (a folyamatos működés biztosítása,) - a környezet biztonsága. Kétirányú erőfeszítés szükséges: - a műszaki követelményeket megfelelő szinten teljesítő berendezések - ezeket magas fokon üzemeltetni, javítani képes műszaki szakemberek képzése A robbanásvédelem robbanásveszélyes környezetben üzemelő berendezéseket tervező telepítő üzemeltető szakemberek részére fontos.

56 Ex alapok Robbanásvédelem - fizikai háttér Leggyakrabban gázokkal kapcsoljuk össze a fogalmat, azonban pl. porok miatt is kialakulhat robbanóképes légkör. Robbanóképes légkör?? Égés, tökéletes égés: éghető anyag, oxigén és tűzforrás (hőforrás) együttes jelenlétének hatására bekövetkező exoterm (hő felszabadulásával) járó diffúziós reakció. A tökéletes égés egy gyorsan lejátszódó reakció = káros tűz - melynek folyamán az égés sebességétől függő mértékű kár keletkezik. Diffúzió - tágulási sebesség: durranás -> cm/s robbanás -> m/s detonáció -> km/s Explosive! robbanóképes anyag Ex hőforrás oxigén

57 Ex alapok A tűz forrásai szikra: mechanikus keletkezésű (súrlódás, ütés), vagy villamos szikra ív: rövidzár, kapcsolási folyamatok forró felületek: villamos berendezések árama, fűtőtestek, üzem közbeni melegedés láng és forró gázok: égési reakciók, ívhegesztés Villamos berendezések: U<50V törpefeszültség esetén is lehet elegendő energia! Statikus elektromosság: műanyag burkolatok esetén villamos kiegyenlítő áramok: visszáramok, test-, földzárlat esetén Elektromágneses hullámok: lézersugár, mobiltelefon Nagyfrekvencia: villámcsapás Ionizáló sugárzás: röntgen készülékek, radioaktív átalakulás energiája Ultrahang: az energia elnyelése szilárd/folyékony anyagokban Adiabatikus sűrítés: szelepek ütésszerű nyitása Exoterm reakciók: kémiai reakció

58 Szabványok Robbanásveszélyes övezet MSZ EN :2000 Robbanásvédettség 1. rész. Alapelvek és módszerek MSZ EN :1998 Robbanásveszélyes térségek besorolása MSZ EN :1999 Villamos berendezések létesítése gázrobbanás-veszélyes térségekben (a bányák kivételével) MSZ EN :1999 Villamos berendezések felülvizsgálata és karbantartása robbanásveszélyes térségekben (a bányák kivételével) MSZ EN : 2000 Robbanásveszélyes közegekben (a bányák és robbanóanyagok kivételével) alkalmazott gyártmányok javítása és karbantartása Az új szabványsorozat megjelenésével egyidejűleg visszavonták a következő szabványokat: MSZ :1977 MSZ :1989 MSZ :1970 MSZ :1989

59 Zóna osztályozás Veszélyes övezetek osztályozása Zónák: a robbanásveszélyes térségek a robbanóképes gázközeg (gáz és por) előfordulási gyakorisága és időtartama alapján zónákba vannak sorolva a következők szerint: IEC/CENELEC (IEC 79) - Európa Zone 0: robbanó gázkeverék állandó, illetve hosszú idejű jelenléte Zone 1: a robbanó gázkeverék jelenléte normál üzemmenet ideje alatt alkalmanként lehetséges USA/Kanada Division 1: gyúlékony gázok vagy gőzök veszélyes koncentrációja,továbbá éghető porok szuszpenzióban, folyamatosan, vagy időszakosan vannak jelen a normál üzemmenet ideje alatt. Zone 2: a robbanó gázkeverék normális üzemmenet alatt nem, vagy csak nagyon rövid ideig lehetséges Division 2: gyúlékony gázok vagy gőzök zárt tartályban vagy rendszerben vannak, amelyek meghibásodás vagy abnormális működés miatt nyitottá válnak. Éghető porok nincsenek szuszpenzióban, normál működés közben, de szuszpenzió keletkezhet

60 Zóna osztályozás Példa Rögzített fedelű tartály, levegőnél nehezebb közeg esetén Zone 1 Zone 0 Zone 1 Ex Zone 0 Folyadék felszín Zone 2 Zone 2 Védőgát EN szerint

61 Besorolás Robbanásveszélyes övezetben alkalmazható gyártmányok Zone 0 -ban alkalmazható gyártmányok Csak olyan gyártmányok és rendszerek alkalmazhatóak, amelyek kielégítik a gyújtószikramentes védelem: EEx ia kategória követelményeit (beleértve a teljes szerelési rendszert, kábeleket, vezetékeket, egyenpotenciálra hozó hálózatot EPH-t földelést, túlfeszültség levezetőt stb.). Továbbá kivételesen alkalmazhatóak pl. az EEx s jelű - különleges - és az IEC 79-0 szerinti zónával azonosított villamos szerkezetek, amelyeket ilyen körülményekre gyártottak és tanúsítottak célszerűen a nemzeti szabványok vagy üzemi szabályzatok alapján.

62 Besorolás Robbanásveszélyes övezetben alkalmazható gyártmányok Zone 1 -ben alkalmazható gyártmányok kielégítik a Zone 0 -ra vonatkozó követelményeket, vagy kielégítik a következő felsorolásban található egy vagy több védelmi módra vonatkozó követelményeket: EEx d - nyomásálló tokozat EEx i - gyújtószikra mentes védelem EEx e - fokozott biztonság (mechanikai kialakítás) EEx p - túlnyomásos gyártmány EEx q - kvarchomok töltés EEx o - olajalatti védelem EEx m - légmentes lezárás

63 Besorolás Robbanásveszélyes övezetben alkalmazható gyártmányok Zone 2 -ben alkalmazható gyártmányok a Zone 0 és Zone 1 villamos gyártmányai kifejezetten a Zone 2 számára kialakított (pl. EEx n védelmi módú) gyártmányok olyan, a szabvány követelményeinek megfelelő gyártmány, amelynek normál üzemben nincsenek gyújtásra képes forró felületei és nem keletkeznek bennük villamos ívek vagy szikrák. (Az esetleges bennük keletkező ívek vagy szikrák csak az előírt korlátozott energiaszint alattiak.) A felhasználandó gyártmányt az alkalmasság szempontjából értékeltetni kell, és a gyártmányon vagy a dokumentációban ezt fel kell tüntetni (adott esetben tanúsítvány is szükséges lehet).

64 Robbanásvédelem Gyújtószikramentes eszközök védelmi kategóriái IEC/CENELEC - Európa EX ia: Robbanásvédelem biztosítva két komponensre, vagy egyéb meghibásodásra. Az Ex ia minősített I.S. berendezés telepíthető és csatlakoztatható a Zone 0, 1 és 2 veszélyes övezetekben. (Németországban a Zone 0 rendszerekben galvanikus elválasztás és rendszerminősítés szükséges). USA/Kanada Egy kategória: A biztonságos üzemmenet biztosítva két komponensre, vagy egyéb meghibásodásra. A minősített I.S. berendezés telepíthető és csatlakoztatható Division 1 és 2 veszélyes övezetekben. Ex ib: Robbanásvédelem biztosítva egy komponensre, vagy egyéb meghibásodásra. Az Ex ib I.S. berendezés telepíthető és csatlakoztatható a Zone 1 és 2 veszélyes övezetekben.

65 Készülékcsoport Kategóriák II-es készülékcsoport: külszíni robbanásveszélyes területek Kategóriák: 1: Igen magas védettség. Két független védelmi intézkedés. Biztonságos, ha a két hiba egymástól függetlenül fordul elő. 2: Magas védettség. Normál üzem során és a megszokott módon fellépő hibák esetén biztonságos. 3: Normál védettség. Normál üzemben biztonságos. I-es készülékcsoport: föld alatt, sújtólég által veszélyeztetett területek (bányászat)

66 Robbanásvédelem Szikra energiája szerinti csoportosítás IEC/CENELEC - Európa Group IIC: acetilén Group IIC: hidrogén Group IIB: etilén Group IIA: propán Porok: Kidolgozás alatt a könnyebb berobbanás iránya USA/Kanada Class I, Group A: acetilén Class I, Group B: hidrogén Class I, Group C: etilén Class I, Group D: propán Class II, Group E: fémpor Class II, Group F: szénpor Class II, Group G: liszt, szemcse Class III: rostok és szálló anyagok

67 Robbanásvédelem Hőmérséklethez tartozó besorolás A meghibásodás esetén megengedett maximális terepi hőmérséklethez tartozó besorolás: A gyártmány a gáz/gőz Osztály legnagyobb felületi gyulladási hőmérséklete hőmérséklete T1 450 C >450 C T2 300 C >300 C T3 200 C >200 C T4 135 C >135 C T5 100 C >100 C T6 85 C > 85 C A gyártmány hőmérséklete meghibásodáskor nem fogja meghaladni a rajta feltüntetett T hőmérsékleti osztályának megfelelő értéket. Jelölés nélküli gyártmányt kizárólag - 20 C +40 C terjedő hőmérsékleti tartományban szabad használni.

68 EN CENELEC szabvány jelölése Tanúsítvány kód CENELEC jelölés Robbanásvédett Gázcsoport szerinti besorolás (IIC: acetilén, hidrogén) Csatolt villamos eszköz (tápegység) [EEx ia] IIC EEx ia IIC T4 EEx e II T6 csatolt villamos eszköz villamos eszköz komponensek Robbanásvédelmi mód (ia: gyújtószikramentes, Zone 0, 1, 2 - övezetekbe telepíthető, e: fokozott biztonságú) Hőmérsékl et (T6: 85 C)

69 EU konform szabályozás ATEX - "ATmosphere EXplosible" EU tagállamok meglehetősen azonos módon szabályozzák a robbanásveszélyes környezetben üzemelő berendezések gyártását, minősítését, forgalmazását, üzembehelyezését és üzemvitelét, mégis vannak/voltak különbségek június 30-án lejárt a türelmi (átállási) időszak Hazánkban is bevezetésre került az Európai Parlament 94/9/EC Direktívája - ATEX Robbanásveszélyes környezetben üzemelő készülékekre és védelmi rendszerekre, valamint RB térségen kívül üzemelő (csatolt) eszközökre vonatkozik. Csak olyan ATEX eszköz kerülhet EU forgalomba, mely a gyártásból kikerülés ill. az import pillanatában megfelel a fenti direktívának.

70 EU konform szabályozás Az ATEX -ről alapfokon Az MSz besorolási rendszere a robbanásveszélyes térségeket ZÓNÁKBA sorolja Zone 0, 1, 2, ill. a porokra érvényes Zone 20, Zone 21 és Zone 22. Az ATEX szerint ez kissé változik: robbanásveszélyes az a TÉRSÉG, ahol a robbanásveszélyt tűzveszélyes gáz, pára, köd vagy por okozza, levegővel keveredve atmoszférikus környezetben. Készülékcsoportok: I. csoport - a földalatti bányatérségekbe szánt eszközök, II. csoport - a felszín feletti térségekbe szánt eszközök. Készülékcsoport kategóriák érvényesek: I. csoport: M1, M2 II. csoport: 1. nagyon magas, 2. magas, 3. normál védettség

71 EU konform szabályozás Az ATEX kompatibilis jelölésrendszer Alapvető, hogy ATEX minősítést csak olyan eszköz kaphat, mely viseli a CE-jelölést. II (1) G EEx ia IIC T6 a b c d e f g h a: konformitás az Európai Direktívával b: a gyártmány rendelkezik egy vizsgálóállomás bizonylatával, c: ATEX készülékcsoport (felszíni üzemre készült az eszköz), d: ATEX kategória (nagyon magas biztonság), e: a veszélyforrás légnemű (gas), por esetén "D (dust), f: a védelmi mód szabványos jelölése (gyújtószikramentes), g: robbanási csoport (föld feletti (II) és hidrogén a reprezentáns gáz ( C), h: hőmérsékleti osztály (max. felületi hőfok 85 C).

72 Ipari FF rendszerek építőelemei IS implementációk számára elfogadott komponensek FF eszköz FF eszköz DC tápegység Rendszer I/O Sorkapocs FF tápegység és kondícionáló Csatlakozó T Kábel T doboz Elválasztó Jelismétlő (Repeater) Rövidzárvédelem, áramkorlát Multibarrier

73 Gyújtószikramentes gyártmányok Csoportosítás a.) Egyszerű passzív gyártmányok (Simple Apparatus) <1.2V; <0.1A; 20uJ (hőelem) vagy 25 mw (RTD, kontaktus, Junction box, LED,...stb. RB övezetben közvetlenül felszerelhetők, amennyiben c.) típusú gyártmányról tápláljuk b.) Gyújtószikramentes villamos gyártmányok (I.S. Electrical Apparatus) távadók, elektropneumatikus átalakítók, IS mágnesszelepek,... stb - mindegyik áramköre gyújtószikramentes - induktivitást és kapacitást tartalmaznak, ami a gy.sz.m kialakítást befolyásolja c.) Részben gyújtószikramentes gyártmányok (Associated Electrical Apparatus) tápegységek, Zener-gátak, kontaktus elválasztók, kiszolgáló egységek,... stb - nem robbanásveszélyes területen vannak felszerelve - a gy.sz.m. áramkörük csatlakozik az a.) és b.) pontokban megadott gyártmányokhoz - ZONE 1-ben felszerelve járulékos (nyomásállóm túlnyomásos) tokozásban

74 FF eszközök használata RB környezetben IS rendszerekbe ajánlott profilok IEC/ISA Physical Layer Standards Type 111 szabványos tápfeszültség a biztonságos övezetben van a buszra ültetve, Type 112 a szabványos tápfeszültség a veszélyes övezetben kapcsolódik a kommunikációs buszra, Type 121 alacsony szintű tápfeszültség a biztonságos övezetben van a buszra ültetve, Type 122 alacsony szintű tápfeszültség a veszélyes övezetben kapcsolódik a kommunikációs buszra,

75 Eszközök táplálása Buszon megtáplált eszközök Type 111 és 121 szerint Biztonságos terület FF tápegység Ex övezet Ex T IS elválasztó T FF eszköz FF eszköz FF eszköz

76 Eszközök táplálása Elválasztott megtáplálású eszközök Type 112 és 122 szerint Biztonságos terület FF tápegység Ex övezet Ex T IS elválasztó T FF eszköz FF eszköz Tápegység FF eszköz Akku

77 Eszközök táplálása Gyújtószikramentes védőgát alkalmazása Biztonságos terület FF tápegység Ex övezet Ex Zener diódás gyújtószikra gát 1 3 T 19V 9V T 2 4 MTL791 IS Barrier Type 111, 112, 121, 122 FF eszköz FF eszköz

78 Eszközök táplálása Galvanikus elválasztás alkalmazása Biztonságos terület FF tápegység Ex övezet Ex T 9 (12) 8(11) Galvanikus leválasztó MTL5053IS Barrier 2(5) 19V 1(4) Type 111, 112, 121, 122 T FF eszköz FF eszköz

79 Gyújtószikramentes rendszerek tervezésének célkitűzései L R I U be C U c U ki Ex Az áram korlátozása A feszültség korlátozása A tárolt energia korlátozása R, L, C korlátozásával biztosítható

80 A feszültség és áram korlátozása Biztonságos övezet Biztosíték a Zener dióda megóvására Áramkorlátozó ellenállás R Robbanásveszélyes övezet I U be Feszültség stabilizálás Zener dióda U Z U ki Ex Maximális kimeneti feszültség = U z Maximális kimeneti áram = U z / R

81 Gázcsoportok gyújtási görbéje a gáz begyújtásához szükséges minimális energia (20 C, 1 bar) alapján minden gázcsoportra meghatározva az EN szerint a görbék nagy területet engedélyeznek, de I.S. FF rendszerekben korlátozott a rendelkezésre álló terület A biztonságos zónában lévő tápegység kimenetén korlátozott a teljesítmény csúcsértéke.

82 Tápegységek Hagyományos, nem gyújtószikramentes tápegység R + AC/DC - U U 0 U m U 0 : üresjárási feszültség U m : üzemi feszültség I m : üzemi áram I z : maximális rövidzárási áram I m I z I

83 Szegmenstervezés Hagyományos megközelítés Ex P o, U o, I o, C o, L o R c, L c, C c L c <= L o -L i, C c <= C o -C i P i, U i, I i, C i, L i, T U o : maximális megengedett kimeneti üresjárási feszültség I o : maximálisan megengedett rövidzárási áram P o : maximálisan megengedett kimenő teljesítmény C o : maximálisan megengedett kapacitás L o : maximálisan megengedett induktivitás <= <= <= <= <= U i : maximális megengedett bemeneti feszültség I i : maximálisan megengedett bemenő áram P i : maximálisan megengedett bemenő teljesítmény C i : maradó kapacitás L i : maradó induktivitás

84 A FISCO modell FISCO IEC/EN CDV specifikáció Fieldbus Intrinsic Safety COncept alkalmas EEx ia IIC, EEx ib IIC, EEx ib IIB rendszerekben való alkalmazásra FISCO minősítésű gyújtószikramentes villamos gyártmányok (I.S. Electrical Apparatus) és részben gyújtószikramentes gyártmányok (Associated Electrical Apparatus) kapcsolódását teszi lehetővé, pótlólagos kalkuláció nélkül. redukálja a biztonságot a dokumentáló anyagot Szükségtelenné teszi a kábel paraméterek számítását Ex Zone 1 övezetben ugyanazon a védőgáthoz nagyobb számú eszköz tartozhat a tesztek igazolták, hogy a szabványban foglaltnál hosszabb kábel, magasabb kapacitás megengedett (>1000m, de ebben az esetben már számolni kell)

85 A FISCO modell Az IEC transzmissziós szabványhoz igazodva az alábbi vezérelveken alapul: minden alszegmensnek csak egyetlen tápfeszültség forrása van: a tápegység, a többi elem csak passzív lehet a tápfeszültséget aktív elemekből kialakított elektronika korlátozza (lásd EEx i) nincs teljesítmény a buszon az állomás sending módja alatt minden terepi eszköz >=10 ma konstans áramot fogyaszt operatív módban passzív vonal-lezárás engedélyezett a busz mindkét végén lineáris, fa, csillag topológia kialakítható korlátozott alszegmens hossz: 1000 m korlátozott leágazás-hosszak: 30 m eszköz szinten korlátozott kapacitás, induktivitás: Ci < 5nF, Li < 10uH

86 Tápfeszültség: Karakterisztika: feszültség tartomány: Áram tartomány: L o és C o értéke: A FISCO modell Jellemzők trapéz, vagy téglalap U o = V I o = mA (U0 = 15V-nál mérve) a szabvány nem specifikálja Kábel jellemzők: Hurok ellenállás: Induktivitás: Kapacitás: Lezárás jellemzői: R = /km L = mh/km C = nF/km R = C = ,2 mf Csatlakozó passzív elemek jellemzői: Az elemek száma EEx ia és EEx ib IIC esetén maximum 10 lehet A maximális maradék kapacitás és induktivitás értéke Ci < 5nF, Li < 10uH kell legyen minden egységnél illetve lezáró tagnál.

87 Tápegységek összehasonlítása Tápegységek EX-ib kategória számára. Megengedett zónák: 1,2 AC/DC L + U stab I kimax U s Rs - Tápegységek EX-ia kategória számára. Megengedett zónák: 0,1,2 L R + AC/DC U stab U s Rs -

88 Tápegységek kimeneti karakterisztikája EX-ib kimeneti karakterisztikája (trapéz) U U EX-ia kimeneti karakterisztikája U m U max U m I z I I k I z I U m : üzemi feszültség I z : maximális rövidzárási áram U 0 : üresjárási feszültség U m : üzemi feszültség I m : üzemi áramfelvétel I z : maximális rövidzárási áram

89 Fieldbus tápegység MTL 5995 Output: 19V ± 2% / max. 350mA <2 DC impedancia Safe Area Safe Area Input: V DC Áramfelvétel 350mA terhelésnél: 20V 520 ma 420mA 370mA EEX na IIC T4 minősítés

90 Gyújtószikramentes leválasztó MTL 5053 Output: 18,4V ± 2% / max. 80mA Input: 20-35V DC Áramfelvétel 80mA terhelésnél: 24V 135 ma 105mA Hazardous Area Safe Area ZONE 0 IIC T4-6 minősítés

91 Gyújtószikramentes szegmenskialakítás / EEx-i Példa: Hagyományos módon táplált szegmens MTL elemekkel

92 Redundáns fieldbus tápegység Relcom FPS-I Fieldbus H1 Host Output: min. 25V 350mA Input: 18-30V DC Diszipált teljesítmény: 4.5W System Alarm 18-30V DC IN A 18-30V DC IN B A 2 A S + A 2 A Áramfelvétel 350mA terhelésnél: 18V 900 ma Redundáns Meleg átkapcsolás FPS- RCI + S - Fieldbu s Trunk + S -

93 Redundáns fieldbus tápegység Turck 2-Segments Power Conditioner RPC Output: min. 27.5V DC max. 500mA / segments Input: 21-32V DC Túlfeszültség védelem: >36V DC Áramfelvétel: 500mA load 2x500mA load Redundáns tápegység Beépített terminator impedancia

94 FISCO jelismétlő és tápegység MTL 9121 és 9122 IS Kapcsolható HOST-oldali terminator Host oldal megtáplálása kapcsolóval, 14V DC/30mA fix IS terminator 9121-IS: [EEx ib] IIC T4 Input: V DC / tip. 190mA (@24V) Output: min. 12.0V (@ 0 C) 115mA = 5db fieldbus eszköz (14V/180mA/2.52W) 9122-IS: [EEx ib] IIB T4 Input: V DC / tip.315 ma (@24V) Output: 12.8V (@ 0 C) 240mA = 12db fieldbus eszköz (14.8V/359mA/5.31W) ZONE 2 IIC T4 minősítés

95 Gyújtószikramentes szegmenskialakítás Példa: MTL FISCO tápegységgel táplált alszegmensek

96 Távolság [m] Összehasonlítás IS leválasztó kábelhosszak MTL IS IS Eszközök száma

97 Jelismétlő Smar RP-302 repeater megtisztítja a jeleket a zavaroktól, újra formázza és tovább adja, kétirányú max. 4 repeater kapcsolható egymás után a Filedbus szegmens hossza repeaterenként 1900 méterrel növelhető Input: 24V DC 5% / Érzékenység: 150 mv Output: V (peak-to-peak) Kábel limit: 1900 m / fieldbus segment Repeaterek száma: 8 bit preamble: 4 16 bit preamble: 8 Fieldbus eszközök száma: 2-12 eszköz / szegmens Sebesség: kbit/s

98 Jelismétlő Belső felépítés 1 C R R C 3 Repeater áramkör V DC

99 Jelismétlő Példa: Smar RP-302 repeater - soros topológia

100 Jelismétlő Példa: Smar RP-302 repeater - párhuzamos topológia

101 Zone 1 -be kihelyezhető Fieldbus gerinc vezeték - Ex e Elektronika - Ex m 4 db gyújtószikramentes kimenet - Ex i galvanikus elválasztás Beépített busz lezáró impedancia IP66 védettségű ház Multibarrier Pepperl + Fuchs FIeldBArrier F2D0-FB-Ex4.C Trunk: Spur: Input: 16-32V DC Output: 25-14mA (terhelés nélkül) Áramkorlát: <=40mA mA (4x40mA terheléssel) Rövidzárvédelem: <=50mA mA (4xrövidzárásban) EEx me [ia] IIC T4 minősítés

102 Multibarrier TURCK MBD49-T415/Ex Fieldbus trunk védelem - Ex e Elektronika - Ex m 4 db gyújtószikramentes kimenet - Ex i galvanikus elválasztás beépített lezáró impedancia IP66 védelem Trunk tápfeszültség: Kimenő feszültség / áram: 16-32V DC >= mA / <=40 ma Áramfelvétel: Kimeneti áramkorlát: 16V DC, 32V DC <=45 ma EEx me [ia] IIC T4

103 Koncepciók Veszélyes övezetben alkalmazható változatok Koncepció 1: Robbanásbiztos szerelés / EEx-d Koncepció 2: Entity (hagyományos) rendszer / EEx-i Koncepció 3: FISCO rendszer / EEx-i Fieldbus Intrinsically Safe Concept Koncepció 4: Multibarrier /EEx-i

104 Koncepció 1 / EEx-d Robbanásbiztos szerelés Ex Rendszer I/O (H1 Host) EEx-d távadó EEx-d távadó! Sorkapocs FF tápegység és kondícionáló T Kábel Csatlakozó doboz T DC tápegység Rövidzár védelem, áramkorlát A biztonságot a terepi eszközök tokozása garantálja.

105 Koncepció 1 / EEx-d Pro és kontra Előnyök Nincsenek extra korlátozások a szegmensen (eszközök száma, kábelhossz, kábel minőség). Nem szükségesek járulékos építőelemek (elválasztó). Opcionálisan megvalósítható rövidzárvédelem és áramkorlátozás. Hátrányok Különleges munkavégzési engedély szükséges a karbantartáshoz a Zone 1 - ben. Karbantartás alatt az egész szegmenst áramtalanítani kell a Zone 1 -ben.! Sikeres referenciák.

106 Koncepció 2 / Entity Hagyományos elrendezés leválasztóval Rendszer I/O (H1 Host) DC tápegység FF távadó Ex FF távadó FF tápegység és kondícionáló Jelismétlő Sorkapocs DC tápegység Elválasztó Jelismétlő T Kábel Csatlakozó doboz Rövidzár védelem, áramkorlát T? Elválasztó T Kábel... A gyújtószikramentes leválasztó és az Ex övezetbe kihelyezhető eszközök EEx-i minősítése garantálja a biztonságot.

107 Koncepció 2 / Entity Pro és kontra Előnyök Nem szükséges különleges munkavégzési engedély a karbantartáshoz a Zone 1 - ben. Karbantartás alatt nem kell az egész szegmenst áramtalanítani a Zone 1 - ben. Alszegmensekre bontott busz (megnövelt biztonság). Hátrányok Extra korlátozások a szegmensen (eszközök száma, kábelhossz, kábel minőség, nincs redundancia). Alszegmensekre bontott busz (ár). Járulékos építőelemek szükségesek (elválasztó, repeater). Nincs beépített rövidzárvédelem és áramkorlátozás. Ez nehezen megvalósítható, a plusz feszültségveszteség és a plusz áramfogyasztás miatt A kivitelhez képest drága.

108 Entity Példa: Hagyományos szegmens kialakítás Smar RP-302 repeaterekkel

109 Koncepció 3 / FISCO Fieldbus Intrinsic Safe COncept Ex Rendszer I/O (H1 Host) DC tápegység FISCO távadó FISCO távadó! Sorkapocs FF tápegység és kondícionáló FISCO jelismétlő és elválasztó T Kábel Csatlakozó doboz T DC tápegység FISCO jelismétlő és elválasztó Rövidzár védelem, áramkorlát T Kábel... A biztonságot a kombinált FISCO FF tápegység és leválasztó valamint a FISCO minősítésű eszközök garantálják.

110 Koncepció 3 / FISCO Pro és kontra Előnyök Nem szükséges különleges munkavégzési engedély a karbantartáshoz a Zone 1 - ben. Karbantartás alatt nem kell az egész szegmenst áramtalanítani a Zone 1 -ben. Alszegmensekre osztott busz (biztonság). Háromnál több eszköz helyezhető el egy alszegmensen. Nincs szükség pótlagos kábelszámításra. Jó tapasztalatok Profibuszos alkalmazásokban. Hátrányok Extra korlátozások a szegmensen (eszközök száma, kábelhossz, kábel minőség, nincs redundancia). Alszegmensekre osztott busz (ár). Járulékos építőelemek szükségesek (elválasztó). A távadóknak FISCO minősítéssel kell rendelkezniük. Nincs beépített rövidzárvédelem és áramkorlátozás. Foundation Fieldbus referencia egyelőre nincs.

111 FISCO Példa: FISCO szegmens kialakítás MTL9121 tápegységrepeaterekkel

112 Rendszer I/O (H1 Host) Koncepció 4 / Multibarrier Pepperl+Fuchs soros rendszer Ex Rövidzár védelem, áramkorlát FF tápegység és kondícionáló T Kábel Multibarrier T DC tápegység FF távadó FF távadó Multibarrier... A biztonságot a Zone 1 -be kihelyezhető, gyújtószikramentes multibarrier, valamint az EEx-i minősítésű eszközök garantálják.

113 Koncepció 4 / Multi Barrier Pro és kontra Előnyök Galvanikus elválasztással valódi IS rendszert képes biztosítani. Beépített lezáró impedancia, rövidzárvédelem és áramkorlát. Nem szükséges különleges munkavégzési engedély a karbantartáshoz a Zone 1 -ben. FF eszköz karbantartása alatt nem kell az egész szegmenst áramtalanítani a Zone 1 -ben. Jó tapasztalatok Profibuszos alkalmazásokban.? Hátrányok Járulékos építőelemek szükségesek (Multi Barrier). Számos, 4 eszköz csatlakoztatására alkalmas Multi Barrier egység szükséges. A busz trönk tápfeszültség alatt továbbra sem bontható meg. Hibás Multibarrier cseréje esetén lehet, hogy az egész szegmenst áramtalanítani kell. Foundation Fieldbus referencia egyelőre nincs. (Százhalombatta, GOK-3)!

114 Multibarrier Példa: Felfűzött rendszer Pepperl+Fuchs FIBA egységekkel

115 DCS IM Multibarrier Turck Power Conditioner, Multibarrier JBBS-49SC T415 RPC BRPC-49 M213 MBD 49 T415/Ex JRBS-49SC 4

116 Spur connector Entity és FISCO eszközök táplálása FISCO tápegységről T Host Host Pwr FISCO Power Supply 9121 tápegységre FCS-MB4-SG rövidzár védelem 9321-SC ENTITY Spur connector ZONE 1 FF ENTITY távadó Pwr Fault Host IS IS T MTL 912X FF FISCO tápegység 9121, 9122 tápegységre FCS-MB4-SG rövidzár védelem 9322-SC EEx-ia Spur connector ZONE 0 FF FISCO távadó

117 Megablock Relcom FCS-MB8-SG, FCS-MB4-SG Passzív csatoló 8, illetve 4 terepi eszköz számára Rövidzár védelem 60 ma spuronként (Integrált SpurGuard védelem) Túlfeszültség védelem Elektronikus jellemzők: Minimális tápfeszültség: 9,2V Minimális fogyasztás: 4,3mA Feszültségveszteség (tip.): 0,4V

118 Junction box TURCK JRBS-40SC IP20 junction box Passzív csatoló 4, 6 vagy 8 eszköz részére Zone 1 és Zone2 minősítés Rövidzárvédelem 30, 35, 45, 60 ma / spur Beépített lezáró impedancia Választható árnyékolási mód

119 Ex rendszerek megnövelt biztonsága Redundancia az irányítástechnikai rendszerekben Redundáns rendszer: az elemek száma(hardver, szoftver) több a minimálisan szükségesnél. Rendszerint 24 órás folyamatos üzemmenet Redundancia: az üzem növelt biztonságú működésének záloga A nagyfokú biztonság elérése - hibatűrő rendszerek alkalmazásával Hibatűrő rendszer: csökkent teljesítményű rendszer, nem mindegyik feladatot képes ellátni, de a legfontosabb feladatokat képes végrehajtani Irányítástechnikai rendszerekben: Hardver redundancia: kiegészítő hardver elemek alkalmazása Szoftver redundancia: öntesztelés, funkciók ismétlődő végrehajtása Információs redundancia: többletinformáció (paritásbit, CHKSum, hibajavító kódok, ) Idő redundancia: a feladat végrehajtásához szükséges feldolgozási idő meghosszabbítása.

120 Redundancia az irányítástechnikai rendszerekben Áttekintés Általános leírás Párhuzamos duplikálás Tartalékegységes működtetés Hárommodulos redundancia Redundancia követelmények és jellemzők FF rendszerben - megvalósítás Tápegység redundancia - Kontroller tápegység - FF tápegység Kontroller redundancia H1 kártya redundancia Vezeték redundancia Távadó redundancia Szelep redundancia Link Master és LAS redundancia Kaszkád hurok redundancia

121 Redundancia Párhuzamos duplikálás bemenet 1. rendszer 2. rendszer Összehasonlító egység kimenet a hardver legfontosabb egységei megkettőzve mindegyik egység önállóan képes elvégezni a feladatot külön egység gondoskodik a két modul eredményeinek egyeztetéséről a hibát ugyan érzékeli, de nem avatkozik be hatékonyan

122 Redundancia Tartalékegységes működés Hibadetektáló egység bemenet Működő rendszer Tartalék rendszer Átkapcsoló egység kimenet egyik egység a kijelölt, működő, a másik csak tartalék a tartalék egység általában meleg tartalék, tehát állandóan bekapcsolt állapotban van a hibadetektor meg tudja állapítani, hogy melyik egység hibásodott meg az átkapcsoló egység hatékonyan beavatkozik

123 Redundancia Hárommodulos redundancia - Triple Module Redundancy (TMR) 1. rendszer bemenet 2. rendszer Szavazó egység kimenet 3. rendszer nagy hibatűrés egy meghibásodott egység azonnal kiszűrhető - megnyugtató megoldás két vagy több modul meghibásodása a rendszer veszélyeztetett állapotát jelzi, életbe lép egy leállítási procedúra, vagy tartalékegység lép be

124 Redundancia FF rendszerekben Távadó redundancia Xtrm-1 AI Xtrm-2 AI OUT OUT IN_1 IN_2 ISEL OUT Xtrm-3 AI OUT IN_3 legegyszerűbb, de legdrágább megoldás ISEL - Input Selector: kiválasztó elem a kiválasztó elem konfigurálásával egyaránt megvalósítható a párhuzamos, vagy a TMR struktúra

125 Redundancia FF rendszerekben Kontroller redundancia megvalósítása átkapcsolóval Xtrm HOST PID AI 1 OUT Xtrm AI 2 OUT RSwitch Valve AO Field PID A host rendszerben történő meghibásodás esetén a kontroller feladatokat a terepi PID szabályozó látja el. A rendszerben az átkapcsolást úgy kell biztosítani, hogy közben ne álljon le a működtetés.

126 Redundancia Kontroller, tápegység és H1 kártya redundancia redundáns tápegység redundáns kontroller redundáns H1 interfész

127 Redundancia DC és Fieldbus tápegység redundancia duplikált DC tápegység redundáns fieldbus tápegység

128 Redundancia Link Master (LM) és Link Active Scheduler (LAS) A Link Master a Foundation Fieldbus rendszeren a kommunikációt felügyeli. Link Master = képesség vezérli az eszközök fieldbus-elérését, végrehajtja a link ütemezését: LAS funkció, szinkronizálja a kommunikációt a funkcióblokkok végrehajtásával. A rendszerben egy és csak egy elsődleges (Primary) és egy és csak egy tartalék (Backup) Link Master lehet. A Backup Link Master számára a 20-as címet kell használni. Az átkapcsolást automatikussá kell tenni az elsődleges és a Backup Link Master között. Redundáns H1 kártyát tartalmazó rendszerben nem ajánlott Backup Link Mastert felállítani.